吳天強(qiáng) 朱劍 葉敏

摘要：在紅外檢測(cè)電路中，通過(guò)轉(zhuǎn)換電阻將檢測(cè)到的光電流變化轉(zhuǎn)為對(duì)應(yīng)的電壓輸出時(shí)，增大該轉(zhuǎn)換電阻的阻值，能提高傳感器的檢測(cè)靈敏度，同時(shí)降低傳感器的抗干擾能力；減小該轉(zhuǎn)換電阻的阻值，降低傳感器檢測(cè)靈敏度，提高傳感器的抗干擾能力。文章對(duì)補(bǔ)償法在紅外反射式傳感器檢測(cè)電路中的應(yīng)用測(cè)試進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：紅外線；反射型；光電傳感器；檢測(cè)電路；補(bǔ)償法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：P422 文章編號(hào)：1009-2374（2016）27-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.019

在一般工作環(huán)境中，反射式傳感器檢測(cè)結(jié)果受環(huán)境照度強(qiáng)弱變化的影響，反射光的強(qiáng)弱與發(fā)射管工作電流、反射距離、反射面材料及傳播介質(zhì)特性等因素相關(guān)，紅外反射式光電傳感器用于導(dǎo)航識(shí)別時(shí)，導(dǎo)航軌跡宜使用黑色與其他顏色組成。不同種類的紅外反射型光電傳感器件，有效檢測(cè)距離各不相同；同一類型的反射式紅外光電傳感器件采用不同的封裝型式，其有效檢測(cè)范圍亦有差異。本文以TCRT5000反射式紅外光電傳感器為例，利用檢測(cè)補(bǔ)償電路，提高反射式紅外光電傳感器的檢測(cè)抗干擾性能，以優(yōu)化傳感器的檢測(cè)效果。

1 實(shí)驗(yàn)方法說(shuō)明

圖1為測(cè)試電路原理圖，mA表測(cè)量發(fā)射管電流（以下簡(jiǎn)稱IR），V1表是有環(huán)境光照補(bǔ)償（以下簡(jiǎn)稱有補(bǔ)償）的檢測(cè)電壓，V2表是無(wú)環(huán)境光照補(bǔ)償（以下簡(jiǎn)稱無(wú)補(bǔ)償）的檢測(cè)電壓，①是紅外傳感器檢測(cè)管，②是環(huán)境光照補(bǔ)償檢測(cè)管，③是無(wú)環(huán)境光照的檢測(cè)管，且有遮光處理。R3是轉(zhuǎn)換電阻。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)時(shí)，補(bǔ)償管與檢測(cè)管平行安裝于同一等高平面，相距2cm左右。檢測(cè)傳感器型號(hào)為T(mén)CRT5000。

檢測(cè)中使用的直流穩(wěn)壓電源為YB1370A，電壓和電流的測(cè)量?jī)x表是VC890D，干擾光源采用涂覆有銀色球形反射面的1000W舞臺(tái)白熾燈泡（以下簡(jiǎn)稱白熾燈），使用TDJC2J-1自耦調(diào)壓器改變加在白熾燈上的電壓，以控制改變干擾光強(qiáng)度。光照強(qiáng)度檢測(cè)儀型號(hào)是VICTOR1010A，光強(qiáng)檢測(cè)探頭放置在反射面附近。檢測(cè)環(huán)境光照變化對(duì)傳感器的影響時(shí)，傳感器離反射面距離100mm，檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)同參考文獻(xiàn)[2]，連接線路采用雙絞線。

實(shí)驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程，使用的白色和黑色反射卡紙，其尺寸、大小、放置的位置，應(yīng)保持不變；周圍環(huán)境也應(yīng)保持不變，包括實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的位置，均要保持相對(duì)不變，以減小環(huán)境因素變化對(duì)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的干擾。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 轉(zhuǎn)換電阻的影響

白色表面對(duì)紅外光線反射強(qiáng)烈，補(bǔ)償電路先達(dá)到飽和閥值。圖2特性曲線1中，R3為20K，IR為10mA，白色表面照射光強(qiáng)為290lX時(shí)，補(bǔ)償電路達(dá)到飽和值。圖3特性曲線2中，R3為10K，IR為10mA，白色表面照射光強(qiáng)為800lX時(shí)，補(bǔ)償電路達(dá)飽和值。圖4特性曲線中，R3為5K，IR為10mA，白色表面照射光強(qiáng)為3000lX時(shí)，補(bǔ)償電路達(dá)飽和值。以上三組曲線對(duì)比得出，R3的取值影響補(bǔ)償電路的有效光照檢測(cè)工作范圍，R3取值減小，對(duì)環(huán)境紅外光照強(qiáng)度變化的抗干擾能力增強(qiáng)。

2.2 發(fā)射管工作電流的影響

圖4特性曲線3中，R3取5K，IR取10mA，白色表面在光照強(qiáng)度3000lx時(shí)，補(bǔ)償電路達(dá)到飽和值。圖5特性曲線4中，R3取5K，IR取20mA，白色表面在光照強(qiáng)度2840lx時(shí)，補(bǔ)償電路達(dá)到飽和值。提高紅外發(fā)射管的工作電流，紅外檢測(cè)管可以接收到更多的紅外光。發(fā)射管發(fā)出的紅外光，與環(huán)境光照中的紅外光相疊加，同時(shí)被紅外檢測(cè)器所接收，在檢測(cè)器所能接收的最大紅外光強(qiáng)值確定時(shí)，提高紅外發(fā)射管的工作電流，反而削弱了補(bǔ)償電路對(duì)環(huán)境光照變化的動(dòng)態(tài)有效工作范圍。

2.3 補(bǔ)償電路的作用

環(huán)境光照較弱時(shí)，有無(wú)設(shè)置補(bǔ)償電路，對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響不大。圖6特性曲線5中，R3為5K，IR為10mA，圖7特性曲線6中，R3為5K，IR為20mA，環(huán)境干擾光照較強(qiáng)，均為2000lx。從兩者的特性曲線中可以看出，無(wú)補(bǔ)償電路的黑白表面檢測(cè)結(jié)果，失去區(qū)分度；有補(bǔ)償電路的檢測(cè)器，能有效區(qū)分黑白表面。圖6與圖7的特性曲線對(duì)比還表明，在補(bǔ)償電路的有效工作范圍內(nèi)，增加發(fā)射管的工作電流，同時(shí)減小轉(zhuǎn)換電阻的阻值，能提高檢測(cè)器件的檢測(cè)效果。

3 結(jié)語(yǔ)

在檢測(cè)電路中，通過(guò)轉(zhuǎn)換電阻將檢測(cè)到的光電流變化，轉(zhuǎn)為對(duì)應(yīng)電壓輸出時(shí)，增大該電阻的阻值，能提高傳感器的檢測(cè)靈敏度，同時(shí)減弱傳感器，對(duì)環(huán)境紅外光照強(qiáng)度變化的抗干擾能力；為避免傳感器檢測(cè)進(jìn)入飽和區(qū)，提高發(fā)射管的工作電流宜與減小轉(zhuǎn)換電阻的阻值相匹配。沒(méi)有設(shè)置補(bǔ)償電路的紅外反射式傳感器，在紅外發(fā)射管工作電流偏小時(shí)發(fā)出的紅外光，容易被較強(qiáng)的環(huán)境紅外光湮滅，失去檢測(cè)作用。

傳感器接收器件的線性工作范圍確定時(shí)，環(huán)境光中動(dòng)態(tài)變化的紅外干擾光，與發(fā)射管發(fā)出的紅外光相疊加，同時(shí)被傳感檢測(cè)器件接收，相互疊加的光強(qiáng)容易使紅外接收器件進(jìn)入飽和區(qū)，失去檢測(cè)作用，壓縮了傳感器件對(duì)環(huán)境光照動(dòng)態(tài)變化的有效檢測(cè)范圍。帶補(bǔ)償電路的傳感器工作在線性區(qū)域時(shí)，能夠有效抑制環(huán)境光照變化對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。白色表面對(duì)紅外光線的反射比黑色表面強(qiáng)烈，補(bǔ)償電路先達(dá)到飽和閥值，白色表面的檢測(cè)范圍決定傳感器的有效檢測(cè)范圍。綜上所述，紅外反射式傳感器件宜根據(jù)環(huán)境光照的變化范圍，合適選擇工作狀態(tài)，使其始終工作于線性區(qū)域內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)最佳的動(dòng)態(tài)有效檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳天強(qiáng)，葉敏，朱劍.RPR220反射式光電傳感器的 性能測(cè)試與分析[J].科技與企業(yè)，2015，（7）.

[2] 吳天強(qiáng)，朱劍，葉敏.幾種常用反射型紅外光電傳感 器件的性能探析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2016， （14）.

[3] 張文娜，葉湘濱.傳感器接口電路的抗干擾技術(shù)及其 應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制，2001，9（3）.

[4] 馮笑笑，胡佳娟，等.紅外光電傳感器的性能分析與 應(yīng)用[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)（工科版），2012，32（1）.

基金項(xiàng)目：本文為2015年浙江省教育廳一般科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：Y201533061。

作者簡(jiǎn)介：吳天強(qiáng)（1977-），男，浙江天臺(tái)人，臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院講師，研究方向：電子電路教學(xué)與研究。

（責(zé)任編輯：蔣建華）